(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクト且つ軽量化された手首構造を提供する。【解決手段】手首構造１は、各々回動可能に設けられる基端側ケーシング１１と、可動ケーシング１６と、先端側ケーシング１１とを備える。基端側ケーシング１１と可動ケーシング１６とにＢ軸回りに可動ケーシング１６を揺動させるＢ軸用減速機構２４が架設され、可動ケーシング１６と先端側ケーシング１９とにＴ軸回りに先端側ケーシング１９を回転させるＴ軸用減速機構３５が架設され、基端側ケーシング１１と可動ケーシング１６とにＢ軸上に設けられた伝達軸３１によりＴ軸用減速機構３５の入力軸２４ａに回転駆動力を伝達する伝達機構３０が架設されている。可動ケーシング１６は、Ｂ軸用減速機構２４の入力軸２４ａ及び伝達軸３１の一端部を軸支する支持部２５を有する。【選択図】図３
2010269400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに回動可能に設けられる基端側ケーシング、可動ケーシング、及び先端側ケーシングを備えるロボットの関節構造であって、
前記基端側ケーシングと前記可動ケーシングとに架設され、第１入力軸回りに前記可動ケーシングを回動させる第１の減速機構と、
前記可動ケーシングと前記先端側ケーシングに架設され、前記第１入力軸に直交する第２入力軸回りに前記先端側ケーシングを回動させる第２の減速機構と、
前記基端側ケーシングと前記可動ケーシングとに架設され、前記第１入力軸と同軸上にある伝達軸により前記第２入力軸に回動力を伝達する伝達機構とを備え、
前記可動ケーシングは、第１の入力軸及び伝達軸の互いに対向する端部を軸支し、第２入力軸の軸線方向に凹む切欠き部分が形成される支持部を有し、
前記第２入力軸の一端部は、前記切欠き部分内に配置され、且つ前記伝達軸の端部にベベル歯合する
ことを特徴とするロボットの関節構造。
【請求項２】
前記第２入力軸は、その一端側が前記可動ケーシングに軸支され、他端側が前記先端側ケーシングにより軸支されている
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの関節構造。
【請求項３】
前記伝達軸は、その一端側が前記基端側ケーシングに軸支され、他端側が前記可動ケーシングにより軸支されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットの関節構造。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載のロボットの関節構造を有する
ことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに回動可能に設けられる基端側ケーシング、可動ケーシング及び先端側ケーシングを備えるロボットの関節構造、及びそれを備えるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型のロボットは、特許文献１に記載されるような、支持ケーシング（腕部）に可動ケーシング（手首）が軸支された関節構造を備える。可動ケーシングには、手首回転用の減速器が設けられており、そこに備わる入力軸を回転させることで、可動ケーシングが回動するようになっている。また、可動ケーシングには、前記入力軸と同軸に設けられた第２軸と、この第２軸にベベル噛合する第３軸とが設けられている。この第３軸には、最先端手首回転用の減速器が連結されており、減速機は、可動ケーシングの先端部に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−２０９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の多関節型のロボットの関節構造は、ユニット化された手首回転用の減速器を可動ケーシングに取り付ける構造となっている。そのため、手首回転用の減速器は、可動ケーシングと別のケーシングを備えており、このケーシングを可動ケーシングに取り付ける必要がある。それ故、関節構造自体の寸法が大きくなり、またその重量も大きくなる。また、最先端手首回転用の減速器も同様にユニット化されており、別のケーシングを備えるようになっているので、最先端手首回転用の減速器を設けることで、関節構造自体の寸法が大きくなり、また重量が大きくなる。
【０００５】
そこで本発明は、軽量で且つコンパクトな関節構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のロボットの関節構造は、互いに回動可能に設けられる基端側ケーシング、可動ケーシング、及び先端側ケーシングを備えるロボットの関節構造であって、前記基端側ケーシングと前記可動ケーシングとに架設され、第１入力軸回りに前記可動ケーシングを回動させる第１の減速機構と、前記可動ケーシングと前記先端側ケーシングに架設され、前記第１入力軸に直交する第２入力軸回りに前記先端側ケーシングを回動させる第２の減速機構と、前記基端側ケーシングと前記可動ケーシングとに架設され、前記第１入力軸と同軸上にある伝達軸により前記第２入力軸に回動力を伝達する伝達機構とを備え、前記可動ケーシングは、第１の入力軸及び伝達軸の互いに対向する端部を軸支し、第２入力軸の軸線方向に凹む切欠き部分が形成される支持部を有し、前記第２入力軸の一端部は、前記切欠き部分内に配置され、且つ前記伝達軸の端部にベベル歯合するものである。
【０００７】
本発明に従えば、第１の減速機構を基端側ケーシング及び可動ケーシングに架設して組み込み、また、第２の減速機構を可動ケーシング及び先端側ケーシングに架設して組み込むことにより、第１及び第２の減速機構のケーシングを省くことができ、ロボットの関節構造をコンパクト、且つ軽量にすることができる。
【０００８】
また、本発明では、同軸上に設けられる第１入力軸及び伝達軸を１つの支持体で軸支することにより、第１入力軸及び伝達軸を軸支する部材を第１入力軸及び伝達軸が延びる方向に並べて設ける必要がなく、前記関節構造の前記方向の寸法を短くすることができる。
【０００９】
更に、前記支持体に形成される切欠き部分に第２入力軸の基端部を配置して伝達軸とベベル歯合させることで、第１入力軸から第２入力軸の先端の距離が短くなり、第２入力軸が延びる方向の寸法をコンパクトにすることができる。これにより、先端側ケーシングの先端の回動半径を小さくすることが可能となり、先端側ケーシングの先端に生じる曲げモーメントを低減することができる。
【００１０】
上記発明において、前記第２入力軸は、その一端側が前記可動ケーシングに軸支され、他端側が前記先端側ケーシングにより軸支されていることが好ましい。
【００１１】
上記構成に従えば、第２入力軸の一端部及び他端部が異なるケーシングに軸支される。これにより、第２入力軸が軸支される２点間の距離を長くとることができ、がたつきを少なくすることができる。
【００１２】
上記発明において、前記伝達軸は、その一端側が前記基端側ケーシングに軸支され、他端側が前記可動ケーシングにより軸支されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、伝達軸の一端部及び他端部が異なるケーシングに軸支される。これにより、伝達軸が軸支される２点間の距離を長くとることができ、がたつきを少なくすることができる。
【００１４】
本発明のロボットは、上記の何れかのロボットの関節構造を有するものである。
【００１５】
上記構成に従えば、上記のような関節構造を有するロボットを実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、軽量で且つコンパクトな関節構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の手首構造１を備える産業用ロボット２を示す斜視図である。
【図２】手首構造１を正面から見た正面図である。
【図３】手首構造１を図２に示す切断線Ａ−Ａで切断して見た断面図である。
【図４】図３の手首構造１の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】手首構造１を図２に示す切断線Ｂ−Ｂで切断してみた拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態の手首構造１を備える産業用ロボット２を示す斜視図である。産業用ロボット２は、いわゆる多関節型の６軸ロボットであり、ロボット先端部に図示しないアタッチメントを取り付けて、ワークを掴んだり、加工したりすることができるようになっている。産業用ロボット２は、床等に固定される基台３を備えている。この基台３には、垂直軸であるＳ軸回りに旋回可能に第１アーム４が設けられている。この第１アーム４の上部には、水平軸であるＬ軸回りに回動可能に第２アーム５が設けられている。第２アーム５は、その下端が第１アーム４に設けられており、その上端部には、水平軸であるＵ軸回りに回動可能に第３アーム６の基端部が設けられている。第３アーム６は、Ｕ軸に直交する軸線方向に延在しており、この第３アーム６の先端部には、第３アーム６の軸線であるＲ軸回りに回動可能に手首構造１が設けられている。
【００１９】
手首構造１は、第１手首可動部７、第２手首可動部８及び第３手首可動部９を備えている。第１手首可動部７は、第３アーム６の先端部にＲ軸回りに回動可能に設けられている。この第１手首可動部７には、Ｒ軸に直交するＢ軸回りに回動可能に第２手首可動部８が設けられている。更に、この第２手首可動部８には、Ｂ軸に直交するＴ軸回りに回動可能に第３手首可動部９が設けれ、この第３手首可動部９の先端部は、工具、又は冶具等の図示しないアタッチメントが取り外し可能になっている。以下では、手首構造１について更に詳細に説明する。
【００２０】
［手首構造１のケーシングについて］
図２は、手首構造１を正面から見た正面図である。図３は、手首構造１を図２に示す切断線Ａ−Ａで切断して見た断面図である。図４は、図３の手首構造１の一部を拡大して示す拡大断面図である。図５は、手首構造１を図２に示す切断線Ｂ−Ｂで切断してみた拡大断面図である。手首構造１の第１手首可動部７は、第３アーム６の先端部にＲ軸回りに回動可能に設けられる基端側ケーシング１１を有する。基端側ケーシング１１は、第３アーム６に備わる図示しないＲ軸用モータに直接的又は間接的に連結されており、このＲ軸用モータを駆動することでＲ軸回りに回動するようになっている。
【００２１】
基端側ケーシング１１は、Ｒ軸が延びる方向に延在し。その先端側の部分は、２股状になっている。これにより、基端側ケーシング１１の先端側の部分には、Ｂ軸に平行な方向（以下、単に「Ｂ軸方向」ともいう）に間隔をあけて互いに対抗する一対の支持板１２，１３が形成される。これら一対の支持板１２，１３には、対向する支持板１２，１３に向かって突出する一対の軸部１４，１５が夫々設けられている。これら一対の軸部１４，１５は、円筒状に形成され、それらには、第２手首可動部８がＢ軸回りに回動可能に設けられている。
【００２２】
第２手首可動部８は、可動ケーシング１６を有する。この可動ケーシング１６には、Ｂ軸方向の一方側及び他方側に凹部１６ａ，１６ｂが形成されている。これら凹部１６ａ，１６ｂには、一対の軸部１４，１５が夫々シールを達成した状態で挿入されており、この凹部１６ａ，１６ｂに一対の軸部１４，１５がベアリング１７，１８を介して軸支されている。可動ケーシング１６は、大略的に有底筒状に形成されており、Ｂ軸に垂直な方向、即ちＴ軸に延在している。可動ケーシング１６の開口端部には、第３手首可動部９がＴ軸回りに回動可能に設けられている。
【００２３】
第３手首可動部９は、有底円筒状の先端側ケーシング１９を有している。この先端側ケーシング１９の開口端部は、ベアリング２０を介して可動ケーシング１６の開口端部に内嵌されている。先端側ケーシング１９の底部は、アタッチメントが着脱可能になっている。
【００２４】
このように構成される第２手首可動部８及び第３手首可動部９は、Ｂ軸用モータ２１及びＴ軸用モータ２２を駆動することで回動できるようになっている。Ｂ軸用モータ２１及びＴ軸用モータ２２は、基端側ケーシング１１にＲ軸方向に並べて搭載され、Ｂ軸用モータ２１は、Ｔ軸用モータ２２よりも先端側に配置されている。Ｂ軸用モータ２１の出力軸２１ａは、Ｂ軸に平行に配置されている。出力軸２１ａには、ギア列２３を介してＢ軸用減速機構２４の入力軸２４ａに機械的に接続され、ギア列２３によりＢ軸用モータ２１の回転駆動力をＢ軸用減速機構２４の入力軸２４ａに伝達可能になっている。なお、ギア列２３は、基端側ケーシング１１のＢ軸方向一方側の内壁面に沿って配置される。
【００２５】
Ｂ軸用減速機構２４は、一方の軸部１４内にＢ軸に沿って配置され、基端側ケーシング１１の軸部１４と可動ケーシング１６とに架設されている。Ｂ軸用減速機構２４は、所謂波動歯車機構（ハーモニックドライブ：登録商標）であり、入力軸２４ａと、ウェーブジェネレータ２４ｂと、フレクスプライン２４ｃと、サーキュラスプライン２４ｄとを有する。入力軸２４ａは、Ｂ軸に沿って配置され、その一端側が一方の軸部１４に軸支されている。入力軸２４ａの一端部は、一方の軸部１４から一方の支持板１２内に突出しており、前記一端部には、ギア列２３が接続されている。また、入力軸２４ａの他端部は、一方の軸部１４から可動ケーシング１６内へと突出している。可動ケーシング１６の一方の凹部１６ａには、その底部から可動ケーシング１６の内方に向かって延在する支持部２５が形成されており、この支持部２５に入力軸２４ａの他端部が軸支されている。
【００２６】
このように軸支される入力軸２４ａには、ウェーブジェネレータ２４ｂが一体的に設けられている。ウェーブジェネレータ２４ｂは、ベアリング２６を介して、有底筒状のフレクスプライン２４ｃに嵌合されている。フレクスプライン２４ｃは、一方の軸部１４内に収容されており、軸部１４の内壁に一体的に設けられるサーキュラスプライン２４ｄに歯合している。またフレクスプライン２４ｃの底部は、可動ケーシング１６に固定されている。これにより、Ｂ軸用モータ２１が駆動して入力軸２４ａが回転すると、可動ケーシング１６が基端側ケーシング１１に対して回動する。即ち、Ｂ軸用モータ２１を駆動することで、第１手首可動部７に対して第２手首可動部８が回動する。
【００２７】
Ｔ軸用モータ２２は、Ｂ軸用モータ２１よりも基端側に配置されている。Ｔ軸用モータ２２の出力軸２２ａは、Ｂ軸に平行に配置され、Ｂ軸用モータ２１の出力軸２１ａと反対方向に延在している。出力軸２２ａには、伝達機構３０が機械的に接続されている。伝達機構３０は、基端側ケーシング１１内に配置され、基端側ケーシング１１と可動ケーシング１６とに架設されている。伝達機構３０は、伝達軸３１と、２つのプーリー３２，３３と、ベルト３４とを有している。
【００２８】
伝達軸３１は、他方の軸部１５内にシールを達成した状態でＢ軸に沿って配置され、一端側が他方の軸部１５に、他端部が可動ケーシング１６の支持部２５に軸支されている。伝達軸３１の一端部は、他方の軸部１５から他方の支持板１３内に突出しており、そこに一方のプーリー３２が固定されている。他方のプーリーは、出力軸２２ａに固定されている。これら２つのプーリー３２，３３は、基端側ケーシング１１のＢ軸方向他方側の内壁面に沿って配置されている、即ちギア列２３とＲ軸に関して反対側に配置されている。これら２つのプーリー３２，３３には、無端状のベルト３４が張架されており、このベルト３４により、Ｔ軸用モータ２２の回転駆動力を伝達軸３１に伝達し、伝達軸３１が回転するようになっている。伝達軸３１は、他端側にベベルギア３１ａが一体的に形成されている。このベベルギア３１ａは、Ｔ軸用減速機構３５の入力軸３５ａにベベル歯合している。
【００２９】
Ｔ軸用減速機構３５は、Ｔ軸に沿って配置され、可動ケーシング１６と先端側ケーシング１９とに架設されている。Ｔ軸用減速機構３５は、所謂波動歯車機構であり、入力軸３５ａと、ウェーブジェネレータ３５ｂと、フレクスプライン３５ｃと、サーキュラスプライン３５ｄとを有する。入力軸３５ａは、Ｔ軸に沿って配置され、その一端部にベベルギア３５ｅが設けられている。このベベルギア３５ｅが伝達軸３１にベベル歯合している。
【００３０】
ベベルギア３５ｅは、支持部２５の先端側ケーシング１９側の外周面（以下、単に「先端側外周面」ともいう）に対向するように配置されている。支持部２５は、その先端側外周面がＢ軸に近づくように先端側ケーシング１９側がＴ軸に平行な方向に凹んでおり、この凹みが切欠き部分２５ａを成している。ベベルギア３５ｅは、この切欠き部分２５ａ内に配置されており、これにより一方及び他方の凹部１６ａ，１６ｂの間に潜り込むように配置される。また、切欠き部分２５ａは、その外周面がＢ軸方向に見て、大略的に先端側に突出するような半円形状になっており、可動ケーシング１６がＢ軸回りに回動する際にベベルギア３５ｅが干渉しないようになっている。
【００３１】
入力軸３５ａは、その一端側にベアリング３６が設けられており、このベアリング３６を介して可動ケーシング１６の内周部に軸支されている。入力軸３５ａは、一端側に凹所３５ｆが形成されており、この凹所３５ｆにベアリング３６を嵌め込むことで可動ケーシング１６に対する位置決めがなされる。また、入力軸３５ａの他端部は、可動ケーシング１６の開口から先端側ケーシング１９内に突出して前記先端側ケーシング１９に軸支されている。
【００３２】
このように軸支される入力軸３５ａには、ウェーブジェネレータ３５ｂが一体的に設けられている。ウェーブジェネレータ３５ｂは、ベアリング３７を介して、円筒状のフレクスプライン３５ｃに嵌合されている。フレクスプライン３５ｃは、先端側ケーシング１９内に収容されており、先端側ケーシング１９の内壁に一体的に設けられるサーキュラスプライン３５ｄに歯合している。また、フレクスプライン３５ｃは、その軸線方向一端部に半径方向外方に延びる外向きフランジ部３５ｇを有しており、この外向きフランジ部３５ｇが可動ケーシング１６の開口部に固定されている。
【００３３】
このように構成される伝達機構３０及びＴ軸用減速機構３５に関して、Ｔ軸用モータ２１を駆動して伝達軸３１を回転させると、回転駆動力が伝達軸３１を介して入力軸３５ａに伝達され、先端側ケーシング１９が可動ケーシング１６に対して回動する。即ち、Ｔ軸用モータ２２を駆動することで、第２手首可動部８に対して第３手首可動部９が回動する。
【００３４】
このように構成される手首構造１は、Ｂ軸用減速機構２４を基端側ケーシング１１及び可動ケーシング１６に架設して組み込み、Ｔ軸用減速機構３５を基端側ケーシング及び可動ケーシングに架設して組み込むことにより、Ｂ軸用及びＴ軸用減速機構２４，３５のケーシングを省くことができるため、手首構造１をコンパクトにすることができ、且つ軽量化することができる。
【００３５】
また、Ｂ軸上に設けられる入力軸２４ａ及び伝達軸３１を１つの支持部２５で軸支することにより、入力軸２４ａ及び伝達軸３１を軸支する部材をＢ軸方向に並べる必要がなく、Ｂ軸方向の手首構造１の寸法を短く、コンパクトにすることができる。
【００３６】
更に、支持部２５に形成される切欠き部分２５ａにＴ軸用減速機３５のベベルギア３５ｅを配置して伝達軸３１とベベル歯合させることで、Ｂ軸から第２入力軸の先端までの距離が短くなり、Ｔ軸方向の寸法を短く、コンパクトにすることができる。これにより、先端側ケーシング１９の先端の回動半径を小さくすることが可能となり、先端側ケーシング１９の先端に生じる曲げモーメントを低減することができる。
【００３７】
Ｔ軸用減速機３５の入力軸３５ａの一端部及び他端部が異なるケーシング１６，１９に軸支され、且つ支持部２５に形成される切欠き部２５ａにＴ軸用減速機３５のベベルギア３５ｅを配置してベベル歯合させるので、入力軸３５ａが軸支される２点間の距離を長くとることができ、がたつきを少なくすることができる。同様に、伝達軸３１の一端部及び他端部が異なるケーシング１１，１６に軸支される。これにより、伝達軸３１が軸支される２点間の距離を長くとることができ、がたつきを少なくすることができる。
【００３８】
本実施形態では、Ｂ軸用モータ２１の出力軸２１ａとＢ軸用減速機構２４の入力軸２４ａとがギア列２３により接続されているけれども、このような構成に限定するものではない。例えば、各軸２１ａ，２４ａにプーリーを設けて、これらのプーリーにベルトを張架して、回転駆動力を伝達可能に構成してもよい。また、ドライブシャフトによって回転駆動力を伝達するような構成であってもよい。また、Ｔ軸用モータ２２の出力軸２２ａと伝達軸３１との接続についても同様であり、プーリー３２，３３とベルト３４により回転駆動力を伝達するものに限定されず、ギア列やドライブシャフトによって回転駆動力を伝達するように構成してもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、手首構造１を多関節型の６軸ロボットに適用した場合を説明したが、６軸ロボットに限定するものではない。例えば、手首構造１だけを備える３軸ロボットや、４軸及び５軸ロボットでもよく、また７軸以上のロボットであってもよい。また、適用されるロボットは、据え置き型のロボットに限定されず、搬送ロボット等に適用してもよく、産業ロボットであればどのような種類であっても適用することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、本発明の関節構造を手首構造として手首に適用した場合について説明しているが、他の関節に適用しても同様の作用効果を奏する。
【００４１】
なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  手首構造
２  産業用ロボット
１１  基端側ケーシング
１６  可動ケーシング
１９  先端側ケーシング
２４ａ  入力軸
２５  支持部
２５ａ  切欠き部分
３０  伝達機構
３１  伝達軸
３１ａ  ベベルギア
３５  Ｔ軸用減速機構
３５ａ  入力軸
３５ｅ  ベベルギア
【図１】
2010269400.tif 000003
【図２】
2010269400.tif 000004
【図３】
2010269400.tif 000005
【図４】
2010269400.tif 000006
【図５】
2010269400.tif 000007